Nouveaux résonateurs haute-fréquence à Ondes de Volume dans les films minces piézoélectriques pour les Applications sources Embarquées

Dorian Gachon (1)

1 FEMTO-ST - Franche-Comté Électronique Mécanique, Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174)

This work consist in development of high stability and spectral purity oscillators for the X-band applications which imposes to have high resonators with high quality factor hardly compatible with the feed back electronics developed by the partners of the NOVAE project. Our approach consist in privileging the realization of overtone resonators so called HBAR (High-overtone Bulk Acoustic Resonator) allying the interest of the piezoelectric thin film layers for the excitement of high frequency and the acoustic waves propagation in the high quality crystalline materials. HBAR Resonator based on LiNbO3/LiNbO3 but also LiNbO3/Sapphir was integrated in Colpitts oscillator, and their phase noise then compared with that of the oscillators stabilized by surface acoustic waves resonators of the market. Thus we show that the very strong quality factor measured for the niobate-on-niobate solution allow to reach noise levels comparable or better than those obtained with surface acoustic waves resonators. The manuscript shows the interest of high overtone bulk acoustic waves resonators (HBAR) in terms of ease of implementation and quality of the resonances obtained for high order tones. Also we were able to show that it was reasonably simple to reach the 1,5 GHz band with high quality factors (superior to 10000) for couplings however not over some per thousand.

Ce mémoire présente la mise en oeuvre d'oscillateurs haute stabilité et pureté spectrale pour les applications en bande X qui imposent de disposer de résonateurs à fort coefficients de qualité compatibles avec les électroniques d'asservissement développées par les partenaires du projet NOVAE. Notre approche consiste à privilégier la réalisation de résonateurs à modes harmoniques aussi appelés HBAR (High-overtone Bulk Acoustic Resonator) alliant l'intérêt des couches minces piézoélectriques pour l'excitation de résonances hautes fréquences et la propagation d'ondes acoustiques dans les milieux de haute qualité cristalline. Des résonateurs HBAR à base de LiNbO3/LiNbO3 mais aussi LiNbO3/Saphir ont été ainsi mis en boucle d'oscillation sur la base d'un montage de Colpitts, et leur bruit de phase mesuré puis comparé à celui d'oscillateurs stabilisé par résonateurs à ondes de surface commercialement disponible. On montre ainsi que les très forts coefficients de qualité mesurés pour la solution niobate-sur-niobate permettent d'atteindre des niveaux de bruit comparable à voire meilleur que ceux obtenus avec les résonateurs à ondes de surface. Le manuscrit montre l'intérêt des résonateurs à ondes de volume harmoniques (HBAR) en termes de facilité de mise en oeuvre et de qualilté des résonances obtenues pour des modes d'ordre élevé. Nous avons ainsi pu montrer qu'il était raisonnablement simple d'atteindre la bande des 1,5 GHz avec des coefficients de qualité élevés (supérieur à 10000) pour des couplages ne dépassant toutefois pas quelques pour mille.

Mots clés: Compensation thermique; Résonateurs HBAR; Oscillateurs; Stabilité de Fréquence; Bruit de phase; Compensation thermique.

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Dorian Gachon. Nouveaux résonateurs haute-fréquence à Ondes de Volume dans les films minces piézoélectriques pour les Applications sources Embarquées. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université de Franche-Comté, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00578568⟩